软开关功率因数校正技术的研究

大多数电力电子装置通过整流器与电网接口,而传统的二极管或晶闸管整流装置会产生大量的谐波电流,对电网造成污染。许多国家和国际组织相继制定了一系列限制用电设备谐波的标准。有源功率功率因数校正技术能够有效的消除整流装置的谐波,因此具有广泛的应用前景。 中大功率有源功率因数校正电路一般工作在连续导电模式,这样开关的电流应力比较小,但是存在严重的二极管反向恢复问题。二极管的反向恢复会引起较大的损耗和电磁干扰,限制了变换器功率密度的提高。 本文提出了应用于单相功率因数校正领域的复合有源箝位和最小电压有源箝位电路,这两种有源箝位电路能够有效的抑制二极管的反向恢复,并且实现所有开关的零电压开关。此外,还消除了传统有源箝位电路中存在的寄生振荡的问题。本文给出了两种拓扑结构的理论分析和设计方法。针对Intel等公司对于下一代计算机服务器电源的要求,研制了两台分别采用复合有源箝位和最小电压有源箝位的单相1kW功率因数校正变换器。 本文总结在单相领域提出的复合有源箝位变换电路和最小电压有源箝位变换电路的本质,提出了复合有源箝位和最小电压有源箝位软开关技术,得到了一族复合有源箝位和最小电压有源箝位变换基本单元。将其应用到硬开关的单相PFC中,得到了多个单相复合有源箝位和最小电压有源箝位软开关PFC电路。本文将复合有源箝位和最小电压有源箝位技术拓展到三相PFC中,得到了多个复合有源箝位和最小电压有源箝位三相PFC变换器。 为了减少三相软开关PFC电路中辅助开关的数目,提出了简化的复合有源箝位和最小电压有源箝位三相PFC变换器。并提出与简化的两类有源箝位软开关三相PFC电路相配合的改进的空间矢量调制方法。论文以复合有源箝位三相Boost型PFC为例,进行了深入研究,并研制了一台采用DSP控制的三相复合有源箝位Boost型PFC,变换器中所有的开关都实现了零电压开关,开关的电压应力较低,变换器具有较高的效率。 理论分析和实验结果证明复合有源箝位和最小电压有源箝位是两类有前途的适用于功率因数校正的软开关技术。